天然气凝析液管道水合物堵管概率评估

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1、中图分类号：TE832单位代码：11414学号：2013314018题目天然气凝析液管道水合物堵管概率评估学科专业油气储运工程研究方向多相管流及油气田集输技术博士生阮超宇指导教师黄启玉研究员宫敬教授二〇一七年五月AssesmentofHydratePluggingProbabilityinGas-CondensatePipelinesDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequirement

2、sforthedegreeofDoctorofEngineeringByRuanChaoyu(PetroleumStorageandTransportationEngineering)DissertationSupervisorProf.HuangQiyu、GongJingMay,2017-I-摘要天然气水合物的生成和堵塞会给管道的运行带来严重的安全问题和巨大的经济损失，合理地确定安全运行条件需要对不同工况下管道流动安全状况进行科学评价。天然气凝析液管道的安全运行会受到很多物理参数的影响，这些因素表现出显著的不确定性

3、。在评价工业管道流动的安全性时，采用经典的评价方法不足以全面反映其整体的特征。经过深入研究，在可靠性基本原理的基础上，针对天然气凝析液管道中的水合物堵塞风险，本文创建了一套适应性良好的评价方法，通过对管道内水合物堵塞概率的定量计算来表征其管道运行的安全性水平。本研究建立了准稳态的天然气凝析液管道水合物浆液流动机理模型及数值求解方法，可根据水合物壳双向生长模型预测水合物生成、沿线的压力温度变化等。探究压力、温度及流速等因素对水合物的生长及堵管的影响，明确水合物形成及堵管的主要影响因素。结合水合物浆液流动机理模型，以水合

4、物的体积分数为极限状态，并通过文献及实验数据，确定了临界体积分数。运用可靠性的方法进行计算，得到天然气凝析液管道的水合物堵管概率，评价管道运行的安全性。运用以上的计算模型评估管道的安全性时，会面临蒙特卡罗抽样法速度慢和数值模拟过程中需要海量样本等问题。针对这些问题，本文选用拉丁超立方法来弥补蒙特卡罗法收敛性较差、计算量较大的不足，并使用POD特征正交分解法对天然气凝析液管道进行分解计算，使得计算效率得到大幅提高。本文应用可靠性方法，结合天然气凝析液管道的运行情况，对水合物堵塞风险评价的不确定性参数进行分析。定量研究了

5、压力、温度等随机参数变化对管道堵塞概率的影响，并研究降低堵管概率的方法及其效果：随机参数的类型和样本数目都会对管道内水合物浆液的堵塞概率计算结果产生不同程度的影响；含水量对水合物堵塞概率的影响较为明显，因而管输天然气凝析液的含水量要严格控制。随着时间的增加，管道不同位置的堵塞概率呈现出不同的结果，堵塞概率需结合管道的起伏进行分析。当体相流速低于临界悬浮流速时，会有水合物沉积层出现，此时不能单独考虑水合物体积分数对堵管的影响。因而本文建立了考虑沉积的水合物固液流动机理模型，并将该模型应用于水合物管道堵塞概率预测中。应用

6、PFC3D颗粒流模拟软件对水合物固液流动过程进行模拟，分析了特定工况条件下水合物的堵管概率，明确了管流通径及流速对水合物堵管概率的影响。关键词：天然气凝析液；堵管概率；可靠性评价；高效算法；颗粒流模拟-II-ABSTRACTAssesmentofHydratePluggingProbabilityinGas-CondensatePipelinesABSTRACTTheblockageofhydrateswillbringseveresafetyproblemsandeconomiclossestotheoperati

7、onofnaturalgascondensatepipelines.Sothattodeterminethereasonableconditionsofsafeoperationrequiressystematicevaluationofflowsafetyunderdifferentworkingconditions.Variousfactorsthataffectthesafetysituationofpipelineflowareobviouslyuncertain.Thetraditionaldetermin

8、isticevaluationmethodcannotfullyreflectthepipeflowsafetyconditionsystematicallyandcomprehensively.Therefore,thispaperpresentsanevaluationmethodofgascondensatepipelineflowsaf